4G通信系统中OFDM技术的分析

       首先不考虑保护时间，将式（2）代入式（1）可得到如下等式：

　　由上面的分析可以看出OFDM的调制可以由IDFT实现，而解调可由DFT实现。当系统中的子载波数很大时，可以采用快速傅立叶变换（FFT/IF2FT）来实现调制和解调，以显着地降低运算复杂度，从而在数字信号处理器DSP上比较容易实现，因此能够达到简化4G通信系统中硬件实现的复杂度并减少设备成本的效果，现存的还有诸如矢量变换方式、基于小波变换的离散小波多音频调制方式等，但这些方式与OFDM相比，实现复杂度相对较高，因而一般不会用于4G通信系统。

　　2.3 循环前缀基本原理

　　在OFDM系统中，为了最大限度地消除符号间干扰，在每个OFDM符号之间要插入保护间隔，该保护间隔长度Tg一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。

　　在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即保护间隔是一段空闲的传输时段。然而在这种情况中，由于多径传播的影响，会产生信道间干扰，即子载波之间的正交性遭到破坏，使不同的子载波之间产生干扰。为了消除由于多径传播造成的信道间干扰，将原来宽度为T的OFDM符号进行周期扩展，用扩展信号来填充保护间隔，如下图3所示：

　　将保护间隔内的信号称为循环前缀（Cyclicprefix）。由图3可以看出，循环前缀中的信号与OFDM符号尾部宽度为Tg的部分相同。在实际系统中，OFDM符号在送入信道之前，首先要加入循环前缀，然后送入信道进行传送。接收端首先将接收符号开始的宽度为Tg的部分丢弃，将剩余的宽度为T的部分进行傅立叶变换，然后进行解调。

　　通过在OFDM符号内加入循环前缀可以保证在FFT周期内，OFDM符号的延时副本内所包含的波形的周期个数是整数。这样，时延小于保护间隔Tg的时延信号就不会在解调的过程中产生信道间干扰。

　　通过对上述两个技术环节的分析可以看出，OFDM的调制解调技术可以降低硬件实现的复杂度；循环前缀技术可以有效消除由于多径传播造成的信道间干扰影响。这些对于4G通信系统降低设备成本以及提高信号质量都是至关重要的。

　　3 OFDM与CDMA技术的比较分析

　　作为4G中的核心技术，4G通信系统在频谱利用率、高速率多媒体服务的支持、调制方式的灵活性及抗多径信道干扰等方面优于3G通信系统。

　　这主要缘于4G采用的OFDM技术与3G中采用的CDMA技术在其技术特点上存在着差异。下面就从抗多径干扰、调制技术以及峰均功率比这三个方面对OFDM与CDMA的技术特点进行对比分析。

　　3.1 抗多径干扰

　　无线信道中，由于信道传输特性不理想容易产生多径传播效应，多径传播效应会造成接收信号相互重叠，产生信号波形间的相互干扰，使接收端判断错误，从而严重地影响信号传输的质量，易造成符号间干扰。

　　CDMA系统中，为了减小多径干扰，CDMA接收机采用了分离多径（RAKE）分集接收技术来区分和绑定多路信号能量。为了减少干扰源，RAKE接收机提供一些分集增益。然而由于多路信号能量不相等，试验证明，如果路径数超过7或8条，这种信号能量的分散将使得信道估计精确度降低，RAKE的接收性能下降就会很快。

　　OFDM将高速率的信号转换成低速率的信号，从而扩展了信号的周期，减弱了多径传播的影响，同时通过加循环前缀的方式，使各子载波之间相互正交，减少了ISI和各信道间的干扰，在4G的多媒体通信中能够提高通信质量。

　　3.2 调制技术

　　CDMA系统中，下行链路采用了多载波调制技术，但每条链路上的调制方式相同，上行链路不支持多载波调制，这使得CDMA系统丧失了一定的灵活性；同时，由于此链路的非正交性，使得不同调制方式的用户会产生很大的噪声干扰。